破解“薛定谔的化学反应”新型核磁共振方法来了

什么是“薛定谔的化学反应”？

薛定谔的猫是奥地利著名物理学家薛定谔提出的一个思想实验，是指将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。根据量子力学理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。但是，不可能存在既死又活的猫，则必须在打开容器后才知道结果。很多化学反应需在避光或密闭容器内完成，有些反应也无法直接监测，只有在反应后检测，才知道结果。所以，在容器打开前，或在检测结果出来前，谁都不知道化学反应是否成功，那么化学反应就理应处于既成功又失败的叠加状态，或可以把这种状态称为“薛定谔的化学反应”。

但近日，一种新型核磁共振方法破解了这种状况。

约翰内斯·古腾堡大学美因茨大学(JGU)和亥姆霍兹研究所美因茨大学(HIM)的科学家与来自俄罗斯新西伯利亚的访问研究人员合作，开发了一种观察化学反应的新方法。该技术负责人Dmitry Budker教授说：“这项技术有两个优点。首先，我们能够分析金属容器中的样品，同时可以检查由不同类型的成分组成的更复杂的物质。”基于美因茨的小组。“我们认为我们的概念在实际应用中可能非常有用。”

核磁共振(NMR)被广泛应用。在化学领域，核磁共振光谱法通常用于分析目的，而在医学领域，磁共振成像(MRI)用于观察体内的结构和新陈代谢。作为化学技术，NMR光谱用于分析物质的组成并确定其结构。经常使用高场NMR，它可以对样品进行无损检查。但是，该方法不能用于观察金属容器中的化学反应，因为金属可以起到屏蔽作用，从而防止较高频率的穿透。因此，NMR样品容器通常由玻璃，石英，塑料或陶瓷制成。此外，含有一种以上组分的异质样品的高场NMR光谱往往很差。有一些更高级的概念，但是这些概念通常具有以下缺点：它们无法对反应进行原位监视。

提出使用零场至超低场磁共振作为解决方案

因此，由德米特里·布德克(Dmitry Budker)教授领导的研究小组建议使用零场至超低场核磁共振(ZULF NMR)来解决这些问题。在这种情况下，由于没有强外部磁场，金属容器将不会产生屏蔽作用。该研究小组在实验中使用了钛试管和常规玻璃NMR试管进行比较。在每种情况下，将富含对位氢的氢气鼓入液体以引发其分子与氢气之间的反应。

结果表明，使用ZULF NMR可以轻松监测钛管中的反应。在连续鼓入对氢气体的同时，可以高光谱分辨率观察正在进行的反应的动力学。“我们预计ZULF NMR将在操作和原位反应监测的催化领域以及在现实条件下化学反应机理的研究中得到应用，”研究人员在发表在领先科学期刊Angewandte Chemie上的文章中写道。